Co je to optický kabel

Optické kabely jsou dnes široce používány pro přenos dat. V některých oblastech IT zcela nahradily tradiční komunikační linky založené na kovových vodičích. Optické linky jsou zvláště účinné tam, kde je třeba přenášet velké množství dat na velké vzdálenosti.

Fyzikální základ vláknové optiky

Fyzikální principy fungování optických vláken jsou založeny na principu totálního odrazu. Vezmeme-li dvě média s různými indexy lomu n₁ a n₂a n₂<n₁ (například vzduch a sklo nebo sklo a průhledný plast) a nechejte paprsek světla pod úhlem α k rozhraní, pak dojde ke dvěma událostem.

Paprsek (na obrázku vyznačen červeně), spuštěný zleva nahoře (podle šipky), se částečně láme a projde prostředím s indexem lomu n₂ úhel α₁<α - tato část nosníku je označena přerušovanou čarou.Druhá část paprsku se bude od rozhraní odrážet pod stejným úhlem. Pokud je paprsek vystřelen pod mělčím úhlem β (zelený paprsek na obrázku), stane se to samé – částečný odraz a částečný lom pod úhlem β₁.

Pokud se úhel dopadu α ​​dále zmenší (modrý paprsek na obrázku), pak může lomená část paprsku „klouzat“ téměř rovnoběžně s rozhraním média (modrá přerušovaná čára). Další zmenšení úhlu dopadu (zelený paprsek dopadající pod úhlem β) způsobí kvalitativní skok - bude chybět lomená část. Paprsek se bude zcela odrážet od rozhraní mezi dvěma médii. Tento úhel se nazývá úhel úplného odrazu a samotný jev se nazývá úplný odraz. Totéž bude pozorováno s dalším snížením úhlu dopadu.

Zařízení s optickým vláknem

Optické vlákno je postaveno na tomto principu. Skládá se ze dvou koaxiálních vrstev s různou optickou hustotou.

Pokud světelný paprsek vstoupí do otevřeného konce vlákna pod úhlem větším, než je úhel odrazu světla, zcela se odrazí od kontaktní hranice dvou médií s různými indexy lomu, s nízkým útlumem při každém „skoku“.

Vnější část optického vlákna je vyrobena z plastu. Vnitřní může být i z průhledného plastu, pak se dá ohnout v dostatečně velkých úhlech (i srolovat do prstence a světlo, které se dostane dovnitř, bude stále přecházet z jednoho konce na druhý s útlumem v závislosti na optických vlastnostech plast a délka světlovodu). U páteřních kabelů, kde flexibilita není tak důležitá, je vnitřní jádro obvykle vyrobeno ze skla.To snižuje útlum, snižuje cenu vlákna, ale stává se citlivým na ohyby.

Pro zvýšení propustnosti optické linky se vlákno vyrábí ve dvoumódové nebo vícemódové verzi. Za tímto účelem se průřez jádra zvětší na 50 mikronů nebo 62,5 mikronů (oproti 10 mikrometrům u single-mode). Prostřednictvím takového optického vlákna mohou být současně přenášeny dva nebo více signálů.

Tato konstrukce optické přenosové linky má určité nevýhody. Jedním z nich je rozptyl světla způsobený odlišnou cestou každého signálu. Naučili se s tím zacházet tak, že vyrobili jádro s gradientem (měnícím se od středu k okrajům) indexem lomu. Díky tomu jsou korigovány trasy různých paprsků.

Kabely s vícevidovými vlákny se používají hlavně pro místní sítě (v rámci stejné budovy, jednoho podniku atd.) a s jednovidovými vlákny - pro dálkové linky.

Zařízení s vláknovou linkou

FOCL vysílá světelný signál generovaný LED nebo laserem. Ve vysílači je generován elektrický signál. Koncové zařízení potřebuje také signál ve formě elektrických impulsů. Původní data tedy bude nutné transformovat dvakrát. Zjednodušené schéma optického vedení je znázorněno na obrázku.

Signál z vysílače je převeden na světelné impulsy a přenášen po optickém vedení. Výkon zářičů na vysílací straně je omezený, proto se na dlouhých linkách v určitých intervalech instalují zařízení kompenzující útlum - optické zesilovače, regenerátory nebo opakovače.Na přijímací straně je další převodník, který převádí optický signál na elektrický.

Konstrukce optického kabelu

K uspořádání optické linky se jednotlivá vlákna používají jako součást optického kabelu. Jeho design závisí na účelu přenosového vedení a způsobu pokládky, ale obecně obsahuje několik vláken s individuálním ochranným povlakem (před poškrábáním a mechanickým poškozením). Taková ochrana se obvykle provádí ve dvou vrstvách - nejprve složená skořápka a nahoře - další vrstva z plastu nebo laku. Vlákna jsou uzavřena ve společném plášti (jako klasické elektrické kabely), který určuje rozsah kabelu a je vybrán s ohledem na vnější vlivy, kterým bude vedení během provozu vystaveno.

Při pokládce do kabelových žlabů vzniká problém s ochranou vedení před hlodavci. V tomto případě je nutné zvolit kabel, jehož vnější plášť je vyztužený ocelovou páskou nebo drátěným pancířem. Skleněná vlákna se také používají jako ochrana proti poškození.

Pokud je kabel položen v potrubí, není nutný zesílený plášť. Kovová trubka spolehlivě chrání před zuby myší a potkanů. Vnější plášť může být lehký. To usnadňuje utahování kabelu uvnitř trubky.

Pokud má být vedení položeno do země, provádí se ochrana ve formě protikorozního drátěného pancíře nebo sklolaminátových tyčí. Poskytuje vysokou odolnost nejen proti stlačení, ale i natažení.

Pokud má být kabel položen v mořských oblastech, přes řeky a jiné vodní překážky, na bažinaté půdě atd., použije se dodatečná ochrana hliníkovou polymerovou páskou. Tímto způsobem je zabráněno vniknutí vody dovnitř.

Také mnoho kabelů uvnitř společného pláště obsahuje:

• výztužné tyče, které dodávají konstrukci větší pevnost při vnějších mechanických vlivech a při tepelném prodlužování vlasce;
• plniva - plastové nitě, které vyplňují prázdné oblasti mezi vlákny a jinými prvky;
• silové tyče (jejich účelem je zvýšit tahové zatížení).

Ve velkých rozpětích je vedení zavěšeno na lanku, existují však samonosné kabely. Nosný kovový kabel je zabudován přímo do pláště.

Jako samostatný typ optického vedení je třeba zmínit optický propojovací kabel. Tento kabel obsahuje jedno nebo dvě vlákna (single mode nebo dual mode) uzavřená ve společném plášti. Na obou stranách je šňůra opatřena konektory pro připojení. Takové kabely mají krátkou délku a jsou určeny pro připojení zařízení na krátkou vzdálenost nebo pro pokládání vnitroskříňových komunikací.

Výhody a nevýhody optických kabelů

Mezi nepochybné výhody optických kabelů, které určovaly širokou distribuci takových komunikačních linek, patří:

• vysoká odolnost proti šumu - světelný signál není ovlivněn domácím a průmyslovým elektromagnetickým zářením a samotná linka nevyzařuje (to ztěžuje neoprávněný přístup k přenášeným informacím a nevytváří problémy s elektromagnetickou kompatibilitou);
• plné galvanické oddělení mezi přijímací a vysílací stranou;
• nízká úroveň útlumu - mnohem menší než u kabelových vedení;
• dlouhá životnost;
• velká propustnost.

V moderní realitě také záleží na tom, aby kabel nelákal zloděje kovů.

Optika není bez chyb. Především je to složitost instalace a připojení, která vyžaduje speciální vybavení, nástroje a materiály a také klade zvýšené požadavky na kvalifikaci personálu, který se podílí na instalaci a údržbě vedení. Většina závad ve FOCL je spojena s chybami instalace, které se nemusí projevit okamžitě. Zpočátku byly vysoké i náklady na samotnou linku, ale vývoj technologie umožnil tuto nevýhodu srovnat na konkurenční úroveň.

Optické komunikační linky zaujímají vážný sektor na trhu komunikačních materiálů. V dohledné době nevidí seriózní alternativu, pokud nedojde k technologickému průlomu.

Podobné články: